Gr2 vs Gr7 Titanium: Руководство по выбору сорта морской воды

Обзор продукции

Проверено и поддерживается инженерной командой Shaanxi Qianyi Tuoda Technology Co., Ltd.

Пункт 1	Подробности
Стандарты	ASTM B338 (трубка), B265 (пластина), B348 (бар), B381 (поковки), B363 (фитинги)
Отметки	Gr2 (UNS R50400, TA2) vs Gr7 (UNS R52400, TA9, Ti-0.15Pd)
Услуги	Морская вода, опреснение (MSF/MED), морские конденсаторы
Основное различие	Gr2 для открытых проточных поверхностей; Gr7 для расщелинных зон выше 60°C

1.Неудача, определяющая вопрос

В 2019 году ближневосточная многоступенчатая опреснительная установка MSF сообщила об утечке из трубы в лист титанового конденсатора после 14 месяцев эксплуатации. Труба была ASTM B338 Grade 2-коммерчески чистый титан, Место отказа не было корпусом трубы. Это были расширенные соединения труб к трубке-зоны щелей, где концы трубки механически расширяются в отверстия для листа трубы.

Диагноз. В зазорах расширения началась расщелина, где морская вода была захвачена узкой геометрией, кислород истощался, локальный рН упал до 2 - 3, а хлориды концентрировались. Пассивная пленка TiO2, защищающая титан в открытой морской воде, сломалась в окклюзии.(расщелина внутри,~ 1 см2) пригонялась к большому катоду (открытая поверхность трубы,~ 1 м2)-гальваническая геометрия ускоряла точечное проникновение.

Ответ завода: Заменить зону связки трубчатого листа трубной трубкой с трубной трубкой класса 7 (Ti-0.15Pd), сохранив класс 2 для корпусов труб. Дополнительные затраты были небольшими-зона трубного листа составляет 5 - 10% от общего веса трубки-и отключения удалось избежать.

Этот случай определяет центральный вопрос: при обслуживании морской воды выбор сорта титана неоднороден. Он зональный. Открытая поверхность и щелевая зона работают в различных электрохимических условиях и требуют разных сортов.

2.Две ступени в одном взгляде

Собственность	Grade 2	Grade 7
UNS	R50400	R52400
Китайский класс	TA2	TA9
Композиция	CP titanium	Ti-0,15Pd (Pd 0,12 - 0,19%)
UTS (мин)	345 MPa	430 MPa
Выход (мин.)	275 MPa	345 MPa
Пролонгация (мин)	20%	18%
Плотность.	4.51г/см3	4.51г/см3
Основное использование	Общая служба морской воды КП	Коррозионная стойкость щелей
Премии по расходам	Исходный уровень	2.5 - 4x над Gr2

Класс 2 является наиболее широко используемым коммерчески чистым титаном-он составляет большинство титановых труб и пластин в морской воде и химической службе. Класс 7 химически идентичен Gr2, за исключением добавления палладия; механические свойства немного выше, потому что Pd обеспечивает скромное укрепление твердого раствора.

3.Почему морская вода атакует щель, а не поверхность

Коррозионная стойкость титана в морской воде обеспечивается стабильной, адгезивной пассивной пленкой TiO2. В открытой, проточной морской воде эта пленка самовосстанавливается-любое механическое повреждение репассивируется растворенным кислородом в воде. Трубка класса 2, погруженная в проточную морскую воду при температуре 1,5 - 3 м/с, ниже 70 °C, без накопления отложений, по существу невосприимчива к коррозии. Поверхность остается яркой в течение десятилетий.

Режим отказа-это щелевая коррозия, и она происходит в геометрических геометриях, где морская вода захвачена:

• Расширенные соединения Tube-to-tube-sheet: в процессе расширения образуется узкий кольцевой зазор (0,05 - 0,2 мм) между трубкой OD и отверстием для листа трубы. Морская вода, захваченная в этот промежуток, застойна.
• Границы фланца с проложенными стеклами: зона контакта между газовым фланцем улавливает тонкую пленку морской воды, особенно при прерывистой эксплуатации (термическая цикличность, остановка установки).
• Поддепозитные зоны: биоодуление (мидии, водоросли), ил или чешуя создает отложение, которое закрывает тонкую пленку концентрированного рассола на поверхности металла.
• Мертвые ноги: ветки трубопроводов без потока захватывают застойную морскую воду, которая со временем деградирует.

Во всех этих геометриях действует один и тот же электрохимический механизм: кислород в захваченной морской воде потребляется катодным восстановлением быстрее, чем диффундирует из массы. Местная среда становится деоксигенированной, кислой (рН 2 - 3) и концентрированной хлоридом. Пассивная пленка TiO2, которая стабильна при нейтральном рН в кислородной морской воде, разрушается при низком рН в присутствии концентрированного хлорида.

После того, как пленка разрывается в одной точке, небольшой анод (внутренняя расщелина, площадь ~ 1 см2) пригоняется к большому катоду (поверхность открытой трубки, площадь ~ 1 м2)-соотношение площади 1:10 000 резко ускоряет питтинговое проникновение. Вот почему отказ всегда находится в расщелине, никогда на открытой поверхности-поверхность является катодом, который приводит в расщелину анод.

4.Где 2 класс - правильный выбор

2 класс-это правильный уровень:

• Открытая поверхность морской воды при скорости 1,5 - 3 м/с, температуре ниже 70°C
• Трубы испарителя MSF/MED в пути потока рассола (тело трубки, а не концы)
• Впускные и разгрузочные трубы с непрерывным потоком
• Поверхности боковой части корпуса теплообменники, где поток турбулентен и отложения не накапливаются
• Любая геометрия без щелей и отложений в чистой морской воде ниже 60°C

В этих условиях пассивная пленка 2 класса стабильна и самовосстанавливается. Материал имеет многолетний успешный опыт эксплуатации в морской воде-проблема никогда не бывает открытой поверхности. Проблема всегда в щели.

5.где провалились 2 степени

2 степень риска:

• Расширенные соединения Tube-to-tube-sheet выше 60 °C-классическая геометрия расщелины
• Границы фланца с проложенными стеклами при прерывистой эксплуатации (отключения концентрируют захваченный рассол)
• Поддепозитные зоны где биообрадувание или ил создают окклюдированную среду
• Мертвые ноги и застойные ветки где морская вода деградирует с течением времени
• Любая температура выше 70 - 80°C где кинетика щелевой атаки ускоряется

Ключевой момент: К тому времени, когда появляется утечка, щелевая стенка может быть перфорирована. Неразрушающее обнаружение зарождающейся щелевой коррозии затруднено-вихревой ток (ASTM E426) может обнаружить потерю стенок в корпусе трубы, но зона расширения трубного листа является слепым пятном для большинства методов проверки труб.

6.Где 7 класс получает свою премию

Палладий 7 класса действует в качестве катодного деполяризатора. Механизм электрохимический: Pd имеет низкое водородное перенапряжение, что означает, что он облегчает реакцию катодного восстановления (восстановление кислорода или эволюция водорода) с более высоким потенциалом, чем поверхность TiO2. Это смещает смешанный потенциал интерфейса металл-раствор в положительную сторону, предотвращая падение локального рН ниже порога пассивной пленки.

С практической точки зрения: Содержание Pd небольшое (0,12 - 0,19%), но при образовании пленки Pd обогащается на поверхности-небольшое количество палладия защищает всю открытую поверхность. Этот механизм обогащения поверхности является причиной такой непропорциональной защиты.

Класс 7 определяется для:

• Сочленения из труб в трубочку при опреснении MSF/MED выше 60°C
• Границы фланца с проложенными стеклами в прерывистой морской службе
• Зоны связки листа трубы (часто в виде плакированного или сварного наложения на основание класса 2)
• Любая геометрия щелей при эксплуатации хлорида при температуре выше 60°C, если последствия отказа оправдывают премию

Класс 7 не делает всю систему невосприимчивой-она защищает зоны, где инициируется коррозия щелей. Открытая поверхность не нуждается в Gr7, щель нуждается в ней.

7.Карта обслуживания температуры и хлорида

Обслуживание	Уровень хлоридов	Открытые поверхности	Зона щели
≤60°C	Морская вода (~ 19000 ppm Cl)	Gr2 OK	GR2 в опасности, рассмотрим Gr7
60–80°C	Концентрированный сол (MSF)	Gr2 OK	GR7 Требуется
и gt; 80°C	Любой хлоридный щель	Gr7 (or Gr12)	GR7 Требуется
и gt; 120°C	Кислотный хлорид	Gr7/Gr12/Gr16	Gr7/Gr12

Примечание: " Gr2 OK " для открытой поверхности предполагает чистую, текучую морскую воду без отложений. Отложения на поверхности создают щель - и щель на поверхности Gr2 при 60°C может инициировать атаку.

8.Экономика затрат

: Выбор зонального класса

Палладий является драгоценным металлом, торгуемым на открытых рынках-его цена колебалась от $1500 до $3000 за унцию в течение последних пяти лет. Пластинка класса 7 имеет в 2,5 - 4 раза премию по сравнению с пластиной сорта 2 тех же размеров, что обусловлено главным образом содержанием Pd.

Но премия применяется к небольшой части от общего материала:

• Конденсатор опреснительной установки может использовать класс 7 только в зоне трубного листа (5 - 10% от общей массы титана) и класс 2 для корпусов труб (90 - 95%).
• Дополнительные затраты зонального класса 7 составляют:(2,5 - 4 х себестоимость материала) x 0,05 - 0,10 = 12,5 - 40% эквивалентной стоимости материала полностью Gr2
• Сравните это со стоимостью утечки трубного листа: внеплановое закрытие, загрязнение рассолом, ремонт или замена трубного листа, потерянное производство

Экономическим обоснованием для зонального Gr7 является не «тратить больше на титан», а «потратить небольшую премию на 5 - 10% материала, чтобы защитить 100% от наиболее распространенного режима отказа». Одна утечка трубного листа в конденсаторе опреснения может стоить $50 000-$200 000 в потерянном производстве и ремонте. Зональная премия Gr7 на типичный конденсатор является лишь частью этого.

И наоборот, указание Gr7 для всего блока-включая 90 - 95% труб, которые являются открытой поверхностью морской воды-платит за защиту Pd, которая не требуется. Открытая поверхность не разъедает трещины; Pd теряется впустую.

9.Инженерная граница уровня

Практический вопрос заключается не в "Gr2 или Gr7 для всего блока?", а в "где именно останавливается Gr2 и начинается Gr7?" Граница является инженерным решением:

• Труба к трубной решетке: Указать Gr7 для концов трубки (расширенная зона) или использовать лист трубки Gr7, покрытый/наклеенный на основание Gr2. Корпуса трубки остаются Gr2.
• Загруженные суставы: Указать грани прокладки Gr7 или сварочное наложение Gr7 на зону контакта прокладки фланцев Gr2.
• Мертвые ноги: Устранение по конструкции-если застойная ветвь не может быть устранена, укажите Gr7 для секции мертвой ноги.
• ДепозитыЕсли отложения неизбежны (например, концентраторы рассола), укажите Gr7 для зон, подверженных осаждению.

Граница класса должна быть задокументирована на чертеже изготовления-"Корпус трубки Gr2, концы трубки Gr7"-и проверена в отчетах испытаний материалов (MTRs) для каждого компонента. Распространенная ошибка заключается в том, чтобы указать сорт в порядке материала, но не на чертеже изготовления, что приводит к соединению сварщиков Gr2 с Gr7, не зная точки перехода.

10.Изготовление

: Непохожая сварка

Содержание Pd не оказывает существенного влияния на параметры изготовления. Непохожая сварка Gr2/Gr7 TIG является стандартной практикой в опреснении-процедура сварки квалифицируется в разделе IX ASME, а Pd со стороны Gr7 диффундирует в сварной металл во время затвердевания, обеспечивая защиту щелей в стыке.

Вот почему выбор зонального сорта практичен: вы можете сварить концы трубки Gr7 с корпусами Gr2, сварить Gr7 наложение на грани фланца Gr2, и сварные листы труб Gr7 к оболочкам Gr2 без металлургического штрафа. Сварный металл наследует содержание Pd со стороны Gr7 и защищен.

Ключевые примечания к изготовлению:

• Используйте соответствующий или слегка легированный наполнитель (ERTi-2 для Gr2, ERTi-7 для Gr7; ERTi-7 приемлем для обоих)
• Стандартные параметры TIG: DCEN, экранирование аргона (горелка + зацепление + корня)
• Предварительный нагрев не требуется; температура межпроходов ниже 200°C
• После сварки: термообработка не требуется для соединений Gr2/Gr7

11.Контрольный список закупок

1. Укажите класс по зонам, а не по единицам: «Трубки 2 класса, зона с трубным листом 7» - не «Класс 7 для всего» или «Класс 2 для всего»
2. Требование назначения СОООН в ССО.: R50400 для Gr2, R52400 для Gr7-"Grade 2" без UNS не отслеживается
3. Требуется полная химия, включая Pd для Gr7.: 0,12 - 0,19% Pd должно отображаться на MTR
4. Для облицовки трубчатых листов: Указать толщину наложения (обычно 3 - 5 мм), метод испытания на сцепление (ультразвуковое испытание согласно ASTM B898) и критерии приемлемости;
5. Проверка процедуры сварки для разнородных соединений Gr2/Gr7: WPS/PQR по ASME Section IX, с проверкой Pd на сварном металле
6. Для трубки B338: Требуются записи гидроиспытаний, записи о вихревом токе (ASTM E426) и ультразвуковые записи (ASTM A578)-записи осмотра кузова трубы отделены от конструкции щелевой зоны;
7. Не указывайте Gr7 для всей единицы если температура обслуживания и концентрация хлорида не требуют его везде - вы платите за Pd, который вам не нужен.
8. Не заменяйте Gr2 на Gr7 в щелинах Экономия затрат - экономия составляет 2,5 - 4х на 5 - 10% материала; риск незапланированного отключения

12. Часто задаваемые вопросы

Q1: Могу ли я использовать класс 2 для всей морской системы?

В случае открытых морских вод при температуре ниже 70°C да. Для щелиных зон (трубчатый лист, прокладки, мертвые ножки) выше 60°C нет-укажите степень 7 для этих зон.

Q2: Какая разница в стоимости между таблицами класса 2 и класса 7?

Палладий является драгоценным металлом, торгуемым на открытых рынках; премия колеблется в зависимости от спотовой цены Pd. Применяя к зональной спецификации (5 - 10% материала), общее влияние на стоимость составляет 12,5 - 40% эквивалентной стоимости материала Gr2.

Q3: Можно ли сваривать 2 и 7 классы?

Да. Непохожая сварка Gr2/Gr7 TIG является стандартной практикой. Pd со стороны Gr7 диффундирует в сварный металл и обеспечивает защиту от щели в стыке. WPS/PQR в разделе IX ASME. Не требуется предварительного или послесварного нагрева.

Q4: При какой температуре 2 класс начинает выходить из строя в расщелинах морской воды?

Риск коррозии расщелины на 2 сорта ускоряется выше 60 - 70 °C в хлоридных средах. Ниже этого, при чистой проточной морской воде и отсутствии накопления осаждений, класс 2, как правило, безопасен. При температуре выше 60 °C любая геометрия трещин (трубный лист, прокладка, отложение) подвергается риску.

Вопрос 5: Является ли 12-й класс альтернативой для морской воды?

Класс 12 (Ti-0.3Mo-0.8Ni) обеспечивает защиту от щелей, аналогичную классу 7 во многих службах морской воды, при более низкой стоимости (без Pd). Но защита 12 степени зависит от геометрии и менее универсально эффективна в тяжелых кислотно-хлоридных расщелинах. Для большинства услуг опреснения, класс 12 является действительной заменой; подтвердите с коррозионным тестированием для конкретной службы.

Q6: Какие спецификации ASTM применяются к классу 2 и 7 для обслуживания морской воды?

B338 (бесшовная и сварная труба), B265 (пластина, лист, полоска), B348 (бар), B381 (поковки), B363 (фитинги). Все они включают как класс 2 (UNS R50400), так и класс 7 (UNS R52400). Для опресняющих труб B38 является основной спецификацией.

Q7: Как проверить, что 7 класс поставщика является подлинным?

Требовать отчет о испытании материала (ССО), содержащий UNS R52400 с полным химическим составом, включая Pd 0,12 - 0,19%. Перекрестная проверка с независимым спектрометрическим тестом (XRF или ICP), если партия большая или применение имеет решающее значение."Класс 7" в котировке без обозначения UNS не является проверкой-"класс 7" является торговой маркой, а не спецификацией.

Оригинальное название: When to use which

• Открытая поверхность морской воды, ниже 70 °C, чистая вода: 2 степень
• Кривые зоны выше 60°C (трубный лист, прокладки, отложения): класс 7 (или класс 12 в качестве замены)
• Зона связки трубчатого листаКласс 7 (плакированный, наложение или твердое)
• Сварка Gr2/Gr7Стандарт, без металлургического штрафа
• СтоимостьЗональный класс 7 добавляет 2,5 - 4х к 5 - 10% материала, а не к 100%